[發明專利]一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201110294472.9
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102306666A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 彭壽;曹欣;王蕓;任志艷;向光
• 申請（專利權）人: 中國建材國際工程集團有限公司;蚌埠玻璃工業設計研究院
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/04;H01L21/203;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省蚌埠博源專利商標事務所 34113
• 代理人: 倪波

1.一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，包括基板，所述基板上依次有背電極層、光吸收層、過渡層、本征氧化鋅層及透明導電膜層，其特征在于，所述背電極層為金屬Mo層或者金屬Mo與金屬Cu的合金層，所述光吸收層具有梯度能帶分布結構，所述過渡層為ZnS薄膜，所述透明導電膜層為氧化鋅摻鋁ZAO薄膜。

2.根據權利要求1所述一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，其特征在于，各膜層厚度范圍分別為：背電極層200～1500nm，光吸收層1000～3000nm，過渡層30～500nm，本征氧化鋅層30～500nm，透明導電膜層200～1000nm。

3.一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包含以下制備步驟：

（1）采用溶劑超聲或者離子源清洗玻璃基片，清洗時間5～30min，將基片放入烘箱中烘干，烘干溫度50～150℃；

（2）將步驟（1）中制備的玻璃基片置于真空室中，將真空室抽到本底真空度后，通入工藝氣體，采用磁控濺射法使用Mo靶制備Mo背電極層，或者使用Mo靶及Cu靶共濺射制備鉬銅合金薄膜作為背電極層；

（3）將步驟（2）中制備的帶有背電極層的玻璃基板旋轉至真空室內另一靶位采用CuInxGa（1-x）Se四元靶材，采用磁控濺射法制備CIGS光吸收層，在光吸收層的濺射過程中采用GaCu靶或Ga靶間歇式濺射，并且間歇式濺射時間呈梯度分布，在整個區域內形成Ga濃度的梯度分布，從而形成整個光吸收層中的梯度能級分布，濺射過程中附加襯底溫度100～500℃；

（4）將濺射完畢后的薄膜在原位上繼續加熱至退火溫度150~550℃，保溫10～100min，然后在10～60min內將其冷卻至室溫；

（5）將上述制備有CIGS光吸收層的樣品旋轉至另一靶位，使用ZnS靶材，采用磁控濺射法制備ZnS過渡層；

（6）將樣品循序旋轉到另兩個靶位，使用ZnO靶材和ZAO靶材，采用磁控濺射法制備本征氧化鋅和透明導電膜層。

4.根據權利要求3所述一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述溶劑為自來水、去離子水、丙酮、無水酒精中的一種或幾種組合。

5.根據權利要求3所述一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述工藝氣體為氬氣，本底真空度為1×10^-5～1×10^-3Pa，濺射功率密度為0.1～15W·cm^-2，靶極距為30～120cm，工作氣壓為0.01～3Pa。

6.根據權利要求3所述一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述的制備光吸收層CIGS中所含元素成分范圍為0.1＜Ga/In+Ga＜0.4，0.5＜Cu/In+Ga＜1。

7.根據權利要求3所述一種具有梯度能帶的銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述CuGa靶或Ga靶間歇式濺射的間歇時間為10～1200s，CuGa靶或Ga靶濺射時間呈梯度分布，并持續減少，初始濺射時間為10～1200s，經過間歇時間后，濺射時間逐漸減少，減少時間量為10～600s。